机械设计之涡轮蜗杆.docx

机械设计课程设计说明书前言课程设计是考察学生全面在掌握基本理论知识的重要环节。根据学院的教学环节，在2006年6月12日-2006年6月30日为期三周的机械设计课程设计。本次是设计一个蜗轮蜗杆减速器，减速器是用于电动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。本减速器属单级蜗杆减速器（电机联轴器减速器联轴器带式运输机），本人是在周知进老师指导下独立完成的。该课程设计内容包括：任务设计书，参数选择，传动装置总体设计，电动机的选择，运动参数计算，蜗轮蜗杆传动设计，蜗杆、蜗轮的基本尺寸设计，蜗轮轴的尺寸设计与校核，减速器箱体的结构设计，减速器其他零件的选择，减速器的润滑等和A0图纸一张、A3图纸三张。设计参数的确定和方案的选择通过查询有关资料所得。该减速器的设计基本上符合生产设计要求，限于作者初学水平，错误及不妥之处望老师批评指正。设计者：殷其中2006年6月30日参数选择：总传动比：I=35 Z1=1 Z2=35卷筒直径：D=350mm运输带有效拉力：F=6000N运输带速度：V=0.5m/s工作环境：三相交流电源 有粉尘 常温连续工作一、 传动装置总体设计：根据要求设计单级蜗杆减速器，传动路线为：电机连轴器减速器连轴器带式运输机。(如图2.1所示) 根据生产设计要求可知，该蜗杆的圆周速度V45m/s，所以该蜗杆减速器采用蜗杆下置式见（如图2.2所示），采用此布置结构，由于蜗杆在蜗轮的下边，啮合处的冷却和润滑均较好。蜗轮及蜗轮轴利用平键作轴向固定。蜗杆及蜗轮轴均采用圆锥滚子轴承，承受径向载荷和轴向载荷的复合作用，为防止轴外伸段箱内润滑油漏失以及外界灰尘，异物侵入箱内，在轴承盖中装有密封元件。 图2.1 该减速器的结构包括电动机、蜗轮蜗杆传动装置、蜗轮轴、箱体、滚动轴承、检查孔与定位销等附件、以及其他标准件等。 二、 电动机的选择：由于该生产单位采用三相交流电源，可考虑采用Y系列三相异步电动机。三相异步电动机的结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，启动性能好等优点。一般电动机的额定电压为380V根据生产设计要求，该减速器卷筒直径D=350mm。运输带的有效拉力F=6000N，带速V=0.5m/s，载荷平稳，常温下连续工作，工作环境多尘，电源为三相交流电，电压为380V。1、 按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭扇冷式结构，电压为380V，Y系列2、 传动滚筒所需功率3、 传动装置效率：（根据参考文献机械设计课程设计 刘俊龙 何在洲 主编 机械工业出版社 第133-134页表12-8得各级效率如下）其中：蜗杆传动效率1=0.70 搅油效率2=0.95 滚动轴承效率（一对）3=0.98联轴器效率c=0.99 传动滚筒效率cy=0.96所以： =1233c2cy =0.70.990.9830.9920.96 =0.633 电动机所需功率： Pr= Pw/ =3.0/0.633=4.7KW 传动滚筒工作转速： nw601000v / 35027.9r/min根据容量和转速，根据参考文献机械零件设计课程设计 毛振扬 陈秀宁 施高义 编 浙江大学出版社 第339-340页表附表15-1可查得所需的电动机Y系列三相异步电动机技术数据，查出有四种适用的电动机型号，因此有四种传动比方案，如表3-1: 表3-1方案 电动机型号 额定功率Ped kw 电动机转速 r/min 额定转矩 同步转速 满载转速 1 Y132S1-2 5.5 3000 2900 2.02 Y132S-4 5.5 1500 1440 2.23 Y132M2-6 5.5 1000 960 2.04 Y160M-8 5.5 750 720 2.0综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和减速器的传动比，可见第3方案比较适合。因此选定电动机机型号为Y132M2-6其主要性能如下表3-2：表3-2中心高H 外形尺寸L（AC/2AD）HD 底角安装尺寸AB 地脚螺栓孔直径K 轴身尺寸DE 装键部位尺寸FGD132 515（270/2210）315 216178 12 3880 103338四、运动参数计算：4.1蜗杆轴的输入功率、转速与转矩P0 = Pr=4.7kw n0=960r/minT0=9.55 P0 / n0=4.7103=46.7N .m4.2蜗轮轴的输入功率、转速与转矩P1 = P001 = 4.70.990.990.70.992 =3.19 kw n= = = 27.4 r/minT1= 9550 = 9550 = 1111.84Nm4.3传动滚筒轴的输入功率、转速与转矩P2 = P1ccy=3.190.990.99=3.13kwn2= = = 27.4 r/minT2= 9550 = 9550 = 1089.24Nm运动和动力参数计算结果整理于下表4-1： 表4-1类型 功率P（kw） 转速n（r/min） 转矩T（Nm） 传动比i 效率蜗杆轴 4.7 960 46.75 1 0.679蜗轮轴 3.19 27.4 1111.84 35 传动滚筒轴 3.13 27.4 1089.24 五、蜗轮蜗杆的传动设计：蜗杆的材料采用45钢，表面硬度45HRC，蜗轮材料采用ZCuA110Fe3,砂型铸造。以下设计参数与公式除特殊说明外均以参考由机械设计 第四版 邱宣怀主编 高等教育出版社出版 1996年 第13章蜗杆传动为主要依据。具体如表31： 表51蜗轮蜗杆的传动设计表项 目 计算内容 计算结果中心距的计算蜗杆副的相对滑动速度 参考文献5第37页（23式） 4m/sVs7m/s当量摩擦系数 4m/sVs51.7100mm又因轴上有键槽所以D6增大3%，则D6=67mm计算转矩 Tc=KT=K9550 =1.595503.19/27.4=1667.76N.M51.7100mm又因轴上有键槽所以D6增大3%，则D6=67mm D6=677.2轴的校核7.2.1轴的受力分析图 图7.1X-Y平面受力分析 图7.2X-Z平面受力图： 图7.3 水平面弯矩 1102123.7 521607 97 97 119图7.4垂直面弯矩 714000 图7.5 436150.8合成弯矩 1184736.3 714000 681175.5 图7.6当量弯矩T与aT T=1111840Nmm aT=655985.6Nmm图7.77.2.2轴的校核计算如表5.1轴材料为45钢， ， ， 表7.1计算项目 计算内容 计算结果转矩 Nmm圆周力 =20707.6N =24707.6N径向力 =2745.3N轴向力 =24707.6tan 20Fr =8992.8N计算支承反力 =1136.2N =19345.5N垂直面反力 =4496.4N水平面X-Y受力图 图7.2 垂直面X-Z受力 图7.3 画轴的弯矩图 水平面X-Y弯矩图 图7.4垂直面X-Z弯矩图 图7.5合成弯矩 图7.6轴受转矩T T= =1111840NmmT=1111840Nmm许用应力值 表16.3，查得 应力校正系数a a= a=0.59当量弯矩图当量弯矩 蜗轮段轴中间截面 =947628.6Nmm轴承段轴中间截面处 =969381.2Nmm 947628.6Nmm =969381.2Nmm当量弯矩图 图7.7 轴径校核 验算结果在设计范围之内，设计合格轴的结果设计采用阶梯状，阶梯之间有圆弧过度，减少应力集中，具体尺寸和要求见零件图2（蜗轮中间轴）。7.3装蜗轮处轴的键槽设计及键的选择当轴上装有平键时，键的长度应略小于零件轴的接触长度，一般平键长度比轮毂长度短510mm，由参考文献1表2.430圆整，可知该处选择键2.5110，高h=14mm，轴上键槽深度为 ，轮毂上键槽深度为 ，轴上键槽宽度为 轮毂上键槽深度为 八、减速器箱体的结构设计参照参考文献机械设计课程设计（修订版） 鄂中凯，王金等主编 东北工学院出版社 1992年第19页表1.5-1可计算得，箱体的结构尺寸如表8.1： 表8.1箱体的结构尺寸减速器箱体采用HT200铸造，必须进行去应力处理。设计内容 计 算 公 式 计算结果箱座壁厚度 =0.04225+3=12mma为蜗轮蜗杆中心距 取=12mm箱盖壁厚度1 =0.8512=10mm取1=10mm机座凸缘厚度b b=1.5=1.512=18mm b=18mm机盖凸缘厚度b1 b1=1.51=1.510=15mm b1=18mm机盖凸缘厚度P P=2.5=2.512=30mm P=30mm地脚螺钉直径d d=20mm d=20mm地脚螺钉直径d d=20mm d=20mm地脚沉头座直径D0 D0=48mm D0=48mm地脚螺钉数目n 取n=4个 取n=4底脚凸缘尺寸（扳手空间） L1=32mm L1=32mm L2=30mm L2=30mm轴承旁连接螺栓直径d1 d1= 16mm d1=16mm轴承旁连接螺栓通孔直径d1 d1=17.5 d1=17.5轴承旁连接螺栓沉头座直径D0 D0=32mm D0=32mm剖分面凸缘尺寸（扳手空间） C1=24mm C1=24mm C2=20mm C2=20mm上下箱连接螺栓直径d2 d2 =12mm d2=12mm上下箱连接螺栓通孔直径d2 d2=13.5mm d2=13.5mm上下箱连接螺栓沉头座直径 D0=26mm D0=26mm箱缘尺寸（扳手空间） C1=20mm C1=20mm C2=16mm C2=16mm轴承盖螺钉直径和数目n,d3 n=4, d3=10mm n=4d3=10mm检查孔盖螺钉直径d4 d4=0.4d=8mm d4=8mm圆锥定位销直径d5 d5= 0.8 d2=9mm d5=9mm减速器中心高H H=340mm H=340mm轴承旁凸台半径R R=C2=16mm R1=16mm轴承旁凸台高度h 由低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准。 取50mm轴承端盖外径D2 D2=轴承孔直径+(55.5) d3 取D2=180mm箱体外壁至轴承座端面距离K K= C1+ C2+(810)=44mm K=54mm轴承旁连接螺栓的距离S 以Md1螺栓和Md3螺钉互不干涉为准尽量靠近一般取S=D2 S=180蜗轮轴承座长度（箱体内壁至轴承座外端面的距离） L1=K+=56mm L1=56mm蜗轮外圆与箱体内壁之间的距离 =15mm取 =15mm蜗轮端面与箱体内壁之间的距离 =12mm取 =12mm机盖、机座肋厚m1,m m1=0.851=8.5mm, m=0.85=10mm m1=8.5mm, m=10mm以下尺寸以参考文献机械设计、机械设计基础课程设计 王昆等主编 高等教育出版社 1995年表6-1为依据蜗杆顶圆与箱座内壁的距离 =40mm轴承端面至箱体内壁的距离 =4mm箱底的厚度 20mm轴承盖凸缘厚度 e=1.2 d3=12mm 箱盖高度 220mm 箱盖长度（不包括凸台） 440mm蜗杆中心线与箱底的距离 115mm 箱座的长度（不包括凸台） 444mm 装蜗杆轴部分的长度 460mm箱体宽度（不包括凸台） 180mm 箱底座宽度 304mm 蜗杆轴承座孔外伸长度 8mm蜗杆轴承座长度 81mm 蜗杆轴承座内端面与箱体内壁距离 61mm九、减速器其他零件的选择经箱体、蜗杆与蜗轮、蜗轮轴以及标准键、轴承、密封圈、挡油盘、联轴器、定位销的组合设计，经校核确定以下零件： 表9-1键 单位：mm安装位置 类型 b（h9） h（h11） L9（h14）蜗杆轴、联轴器以及电动机联接处 GB1096-90键1070 10 8 70蜗轮与蜗轮轴联接处 GB1096-90键25110 25 14 110蜗轮轴、联轴器及传动滚筒联接处 GB1096-90键20110 20 12 110表9-2圆锥滚动轴承 单位：mm安装位置 轴承型号 外 形 尺 寸 d D T B C蜗 杆 GB297-847312（30312） 60 130 33.5 31 26蜗轮轴 GB/T297-9430216 80 140 28.25 26 22 表9-3密封圈（GB9877.1-88） 单位：mm安装位置 类型 轴径d 基本外径D 基本宽度蜗杆 B55808 55 80 8蜗轮轴 B7510010 75 100 10表9-4弹簧垫圈（GB93-87） 安装位置 类型 内径d 宽度（厚度） 材料为65Mn，表面氧化的标准弹簧垫圈轴承旁连接螺栓 GB93-87-16 16 4 上下箱联接螺栓 GB93-87-12 12 3 表9-5挡油盘参考文献机械设计课程设计（修订版） 鄂中凯，王金等主编 东北工学院出版社 1992年第132页表2.8-7安装位置 外径 厚度 边缘厚度 材料蜗杆 129mm 12mm 9mm Q235 定位销为GB117-86 销838 材料为45钢十、减速器附件的选择以下数据均以参考文献机械零件设计课程设计 毛振扬 陈秀宁 施高义 编 浙江大学出版社的P106-P118表10-1视孔盖（Q235） 单位mmA A1 A。 B1 B B0 d4 h150 190 170 150 100 125 M 8 1.5表10-2吊耳 单位mm箱盖吊耳 d R e b 42 42 42 20箱座吊耳 B H h b 36 19.2 9.6 9 24表10-3起重螺栓 单位mmd D L